含氟、鈾廢水深度凈化處理方法研究.pdf

1、隨著核工業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生了一批難于處理的含氟、鈾廢水。本研究以含氟、鈾廢水為研究對(duì)象，采用生物沉降、化學(xué)沉降以及離子交換纖維（IEF）技術(shù)，分別實(shí)現(xiàn)了對(duì)氟和鈾的深度凈化要求，并以此提出了一條較為經(jīng)濟(jì)可行的含氟、鈾廢水深度凈化工藝。
　　生物沉降采用固定化活體耐輻射奇球菌（IDR）進(jìn)行，結(jié)果表明，菌含量2.5％的IDR顆粒對(duì)鈾的沉降性能良好，pH=3.5，鈾初始濃度50mg/L，去除率最高可達(dá)95%以上，最大吸附量達(dá)103.82mg/

2、g(DW)。IDR的動(dòng)態(tài)柱吸附實(shí)驗(yàn)表明，其去除鈾的穩(wěn)定性較好，吸附后鈾易通過(guò)0.1mol/L HCl再生，解吸率達(dá)90%以上，也可作為固定床填料考慮。經(jīng)SEM/EDS、XRD等分析可知，鈾在IDR顆粒表面以片狀鈾的磷酸鹽形式存在。經(jīng)過(guò)灰化處理后，減重比為254；灰分中鈾以Ca(UO2)(PO4)·3H2O和(Ca,U)(PO4)?2H2O的形式賦存。
　　化學(xué)沉降鈾試驗(yàn)結(jié)果表明，優(yōu)選組合為pH=9，添加10%乙醇，磷酸二氫鈣用量為

3、3g，鈾去除率達(dá)95%以上。經(jīng)SEM/EDS分析，沉淀是5～10μm片層狀堆積的顆粒，由Ca、P、U、O四種元素組成的混合物。在pH=9，加10%乙醇，投加磷酸二氫鈣3g條件下，易生成U(HPO4)2·6H2O；而pH=7，加30%乙醇，投加磷酸二氫鈣3g條件下易生成(UO2)3(PO4)2·8H2O。
　　化學(xué)沉淀氟采用鈣鹽進(jìn)行，廢水氟離子濃度控制在130%理論值的鈣鹽投加量條件下，除氟效果達(dá)到最佳，氟離子濃度可以降到30mg/

4、L左右，進(jìn)一步處理首先調(diào)節(jié)pH=11左右，按照2:1的磷酸鹽：氟離子的比例投加磷酸鹽，可以使廢水中氟離子濃度降至5mg/L左右，達(dá)到可排放的水平。
　　IEF篩選優(yōu)化靜態(tài)除鈾試驗(yàn)結(jié)果表明，純鈾體系下，強(qiáng)堿型纖維（SAIEF）處理效果最優(yōu)，預(yù)處理采用酸堿洗的方式進(jìn)行，接觸時(shí)間在15～30min內(nèi)，其對(duì)鈾的去除率可達(dá)90%以上；pH最佳范圍為9.5～11，于10.5處最佳，投加量以1.5g/100mL為宜，鈾初始濃度20～100mg/

5、L為宜；恒定投加量梯度遞降3次可使50mg/L的鈾降至0.05mg/L以下；采用0.1M鹽酸作為解吸劑效果較佳，10%的氯化鈉也可；解吸后濃水可采用化學(xué)沉降的方式回收利用。氟鈾體系下，設(shè)定氟離子濃度5g/L、10g/L、15g/L條件下，分別對(duì)應(yīng)5mg/LU和50mg/LU，SAIEF基本保持了在純鈾體系下對(duì)鈾的吸附性能，且?guī)缀鯇?duì)氟離子不去除。結(jié)合SEM/EDS、FTIR表征和模擬分析，SAIEF的主要離子交換方程如下:P-CH2N+(

6、CH3)3Cl-+(UO2)2CO3(OH)3-→[P-CH2N+(CH3)3](UO2)2CO3(OH)3+Cl-(pH8～11.5)P-CH2N+(CH3)3Cl-+UO2(OH)3-→[P-CH2N+(CH3)3]UO2(OH)3+Cl-(pH10～14)
　　SAIEF動(dòng)態(tài)柱試驗(yàn)結(jié)果表明，純鈾體系下，流速10～20mL/min，SAIEF對(duì)鈾的飽和吸附量約為426.7mg/g；單級(jí)填料10～20g、填料密度=0.1g/mL

7、；填料高度10～20cm；徑高比=1:3～6；進(jìn)水濃度2～50mg/L鈾時(shí)，進(jìn)入量：30-60個(gè)柱體積；可保證出水維持10h左右持續(xù)出水鈾濃度在0.05g/L以下，符合深度凈化要求。且該流速下高徑比對(duì)鈾去除的影響不大，動(dòng)態(tài)解吸流速減半，采用3倍柱體積的0.1M鹽酸或10%氯化鈉可完成。流速25ml/min時(shí)，三級(jí)串連，填料密度0.1g/mL；填料高度20cm；徑高比=1:7.6條件下，進(jìn)水50mg/L U，出水維持10h左右持續(xù)出水鈾濃

8、度0.05mg/L以下，此時(shí)進(jìn)水總體積為120個(gè)柱體積；當(dāng)進(jìn)水5mg/L U時(shí)，出水維持28h左右持續(xù)出水鈾濃度0.05mg/L以下，此時(shí)進(jìn)水總體積為1050個(gè)柱體積。吸附后纖維的灰化產(chǎn)物主要成分為UO4·4H2O，減重比為6.5左右。
　　氟鈾體系下，流速10～20mL/min時(shí)，兩級(jí)串連，填料密度=0.1g/mL；填料高度10cm；徑高比=1:6,進(jìn)水50mg/L U、10g/L F，通水體積4.5L左右可保持出水鈾濃度在0.

9、05mg/L以下，氟濃度維持在10g/L左右。流速25ml/min時(shí)，三級(jí)串連，填料密度0.1g/mL；填料高度20cm；徑高比=1:7.6條件下，進(jìn)水50mg/L U、10g/L F，5mg/L U、10g/L F條件下，均可保證至少8h持續(xù)出水鈾濃度0.05mg/L以下，氟離子濃度維持進(jìn)水濃度左右。
　　在純鈾體系下對(duì)SAIEF單元進(jìn)行小試和中試試驗(yàn)，結(jié)果表明，設(shè)定濃度5～100mg/L，流速5～100L/h，高徑比4:1，單

10、級(jí)纖維填充密度為0.1g/mL，3～4級(jí)串連條件下，對(duì)各初始濃度各流速條件下，均可完成對(duì)廢水中鈾的深度凈化，去污因子最高達(dá)3.762×105。同時(shí)，對(duì)長(zhǎng)期使用后SAIEF進(jìn)行SEM分析，結(jié)果表明，纖維在反復(fù)多次使用后結(jié)構(gòu)完好，未有解體現(xiàn)象。從EDS結(jié)果可以看出，Cl含量增加，說(shuō)明纖維的功能基團(tuán)正常，在反復(fù)使用過(guò)程中，其交換能力得到了進(jìn)一步優(yōu)化。
　　結(jié)合以上研究，本文提出一條以沉降方法配合SAIEF技術(shù)的較經(jīng)濟(jì)可行的含氟、鈾廢水深